物理学规定的理论形式化表述规则(PH24)
2009-10-09 11:31:57
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作者 苟文俭

物理理论的形式化表述,是指理论中使用数学演绎的形式化体系、实现从条件(理论的逻辑前提)到结果(未知)的综合逻辑论证。

使用数学的形式化表述,由于具有严格的逻辑性及无可比喻的简洁性,因此,物理理论是否能够使用形式化表述,便成为理论成孰化的标志,以及理论被认可的根本条件。

(一)

物质世界中真实存在的客观存在之物就称是客体。实际经验领域的任何现象事实,都只能构成于客体存在,因此也把现象事实称为客体事件。原子就是一种客体,原子光谱就是一种客体事件,如原子能级只能通过原子光谱来认识一样,物理学中我们也都只能通过客体事件来认识客体实现的存在。客体实现存在的具体方式也称是客体存在内容。容易理解,客体事件及由它表现的客体存在内容,就构成了物理理论的描述对象

理论形式化表述逻辑结果与描述对象完全相符、而且相对于描述对象都有意义,这样的物理理论就称对描述对象完全有效;这种完全有效的物理理论,也称是成功物理理论

物理学描述的都只能是上述这种具有客观实在性存在的对象。因此,要对描述对象完全有效,理论形式表述的全部基础,理所当然就只能是被研究的物质对象。对此还需要特别说明如下两点:

1、任何物理理论都只是描述了物质世界的某一个领域的某一个方面。因此,上述所说的被研究的物质对象,实际是指描述对象某一个被抽象出来的特定部分,而不是实际真实的客体事件及客体的全部存在内容。

2、被研究的描述对象只能存在于经验领域。对理想化的被研究对象的抽象,也只能以经验领域相关的客体事实为依据。因此,成功物理理论的形式化表述的出发点与归宿,也必然是而且只能是经验领域由相关客体事实构成的描述对象。

综合上述陈述就很容易有如下命题,即本文所述的物理学规定的理论形式化表述规则

对描述对象完全有效的成功物理理论,其形式化表述应当一刻也不离开理论的描述对象,即经验领域相关的客体事件及由它表现的客体存在内容。

上海交通大学杨本洛教授认为,自然科学的任何理论形式表述的全部基础,都只能是理想化的被研究的物质对象,对此他也归纳成为“物质第一性原则”。对物理理论,理想化的被研究的物质对象,也就是作者所述的描述对象。因此,教授的“物质第一性原则”,与作者所称的物理学规定的理论形式化表述规则是-致的。

(二)

物理理论的逻辑前提,它应当包括理论实在的描述依据及形式化表述的逻辑起点这两个部分。理论实在的描述依据,是指客体存在内容及通过客体事件归纳抽象出来的基本物理概念,而形式化表述的逻辑起点,则是在基本物理概念之间建立起数学关系的依据

根据物理理论形式化表述的规定,对成功物理理论来说,它上述的形式化表述规则,又还可以分解成如下五个具体规则:

1、物理学形式化理论的构建,只能以经验领域具体的描述对象为依据,而不是抽象的概念规定或哲学范畴;对此就称是物理学规定的理论构建规则。

2、形式化表述使用的概念,都只能是描述对象某种事实的抽象,都具有表示描述对象某种事实的物理内函,对此也称是物理概念的客体化指称,而决非仅仅只是一个抽象的数学符号或哲学术语。对此就称是物理学规定的概念规则

3、形式化表述的逻辑起点,应当以所使用的基本物理概念的客体化指称为依据,并与描述对象相关存在内容的内在关系相符,而不是离开描述对象的其他物理定理定律,或数学规则,或哲学原理。对此就称是物理学规定的逻辑起点规则

4、理论形式化表述中的未知问题,应当是描述对象自身未被认识到的部分,而不是物理理论形式化表述中出现的问题。对此也称是物理学规定的未知设定规则

5、在理论形式化表述中,不论是演绎过程还是对结果的选择,我们都必须根据描述对象自身的特定内容规定输入严格的边界条件,而决不是仅凭数学规则的纯粹数学演绎。对此也就称是物理学规定的演绎规则

容易理解:如果物理理论的形式化表述违背了上述五个具体规则,对描述对象而言,就绝不可能完全有效,因此也就绝无可能是成功物理理论。

(三)

分析现代量子场理论的量子色动力学(QCD)。它的描述对象是夸克在组成时强子的强相互作用,但下述事实清楚表明,其形式化表述就有悖于物理学规定的表述规则。

1、理论的构建是以经验领域粒子的么正对称性为依据,而并不是强子具体组成存在的经验事实为依据。

2、使用的概念,如色荷、奇异数、同位旋空间等等,都只是一些抽象的数学符号,并不具有表示强子存在内容中、内部作用的客体化指称。

3、形式化表述的逻辑起点是拉氏函数,这是可观测客体之间相互作用的能量规律。

4、形式化表述中设置的未知问题,并不是如强子的具体组成到底是什么、自旋是怎样产生的、等等这些理论特别需要回答的问题,而是质子衰变、夸克的自旋危机、等等这些在QCD的形式化表述中形成的问题。

5、夸克存在并没有为QCD的形式化表述输入严格的边界条件,它使用SU(3)群的规范变换,实际上只不过是凭么正群规则的-种纯粹的数学运算。

由此就可以断定:对强子的内部作用,QCD的形式化表述并不是有效的,但由于它是以经验领域强子的么正对称性为依据,其逻辑结果中,也可以有与经验领域强子对称性存在的实验事实相符的部分。熟悉QCD的人都知道,它的逻辑结果确实与经验领域粒子对称性存在的所有事实相符,但对强作用的表述总会出现无意义的无穷大。对强相互作用,QCD并不是有效的

再看看现代物理理论中被一些人认为最有希望的超弦理论。它的描述对象是四种不同性质力的大统一,但其构建依据,是费米子与玻色子旋转对称的所谓超对称,这在粒子的经验领域根本就不存在,它的形式化表述也完全违背了上述五个具体规则。因此也就可以断定:超弦理论关于粒子超对称的逻辑结果均子虚乌有,它也根本就不是有效描述四种不同性质力大统一的成功物理理论。熟悉超弦理论的人都知道,它的描述要求的每一个粒子的超对称伙伴粒子一个也没有,由超弦构成的低能粒子也竟有数万种对四种不同性质力的大统一,超弦理论是十足的无效理论。

上述量子色动力学(QCD)及超弦理论的具体实践也充分证明:本文所述的物理学规定的理论形式化表述规则,是物理成功的根本保证。

(四)

现代物理理论探索中有-种观念认为:理论物理强调的是形式化表述的逻辑论证,以什么为依据这并不重要,关键是形式化数学是否简洁,结果是否与实际相符;只要简洁而结果又与实际相符,理论就是有效的,我们就相信这个理论就是对的。对这种观念,因为强调的是数学表述,也称是物理理论探索的数学有效论观念

描述对象中形成概念的某种相关事实是什么的问题,称是物理理论的基本问题。作者尊重持数学有效论观念的物理理论探索者,但如下所述,这种探索将不可能最终解决物理理论的基本问题。

物理理论探索的数学有效论观念由于只关心使用概念的数学定义,并不明确这些概念与描述对象相关事实到底是什么;但理论探索本身要回答的,也包括了要解决物理理论的这些基本问题。这也就是说,在数学有效论观念的探索中,理论使用的概念并没有给出描述对象相关事实到底是什么的定义,但却又要回答描述对象这些相关事实到底是什么的问题。实质上,这也就是企图在离开对描述对象相关事实到底是什么的定义、去解决与描述对象相关事实到底是什么的问题,是试图超出其定义范围来解决属于定义域问题的典型。

物理理论的形式化表述也是一个集合论系统,而数学集合论的系统协调性理论的基本结论是:数学的形式化表述中,如果一个问题的解决超出其定义范围,无论如何也就不可能在定义域中解决该问题。因此非常清楚,持数学有效论观念的探索者所进行的理论探索,由于违背了数学集合论系统的这种理论协调性,不仅是物理理论自身致命的逻辑学缺陷,而且也决不可能最终解决理论的基本问题

(五)

综合本文的已有陈述,我们又还可以进一步得到如下两点认识:

1、只有坚持了物理学规定的理论形式化表述规则,对描述对象而言理论才能成为完全有效的成功理论,单纯把是否能够使用形式化表述作为理论是否成孰化的标志,来作为认可理论的根本条件,都是片面的,没有意义的。

2、物理学中,描述对象的未知问题,也属于描述对象的一部分,它们只能是描述对象自身存在的结果,而决不可能人们用精巧教学设计出来的。因此,我们要对描述对象做完全有效的理论描述,就只能-刻也不离开描述对象自身的存在。这就是作者坚持物理学规定的理论形式化表述规则的全部理由。

完成于2009-10-9

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